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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Fügen
eines Clips in eine Aussparung in einem Bauteil nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie ein Montagewerkzeug zur Durchführung dieses
Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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In der Automobilindustrie werden
zur Anbindung von Anbauteilen an Karosserieteile – insbesondere
im Innenraum von Fahrzeugen – vielfach
als „Clips"
bekannte Halteelemente eingesetzt. Ein solcher Clip ist beispielsweise
aus der
EP 877 171 B1 bekannt.
Der Clip umfaßt
einen – in
der Regel bolzenförmigen – Grundkörper mit
einem Kopfteil, welches an dem Anbauteil befestigbar ist, und mit
einem zulaufenden Ende, das in eine Aussparung des Karosserieteils
eingeführt
wird. Weiterhin weist der Clip Rastelemente auf, welche in der Regel
auf dem Umfang des Grundkörpers
angeordnet sind und welche nach dem ordnungsgemäßen Einführen und Einrasten des Clips
in die Aussparung des Karosserieteils die Ränder der Aussparung hintergreifen
und somit einen festen Sitz des Clip in der Aussparung sicherstellen.
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Herkömmlicherweise erfolgt das Fügen eines
solchen mit Clips versehenen Anbauteils mit der Fahrzeugkarosserie
derart, daß ein
Wecker das Anbauteil ergreift, gegenüber dem Karosserieteil ausrichtet
und die Clips per Hand in die entsprechenden Aussparungen hineindrückt. Zum
Einrasten der Clips in die Aussparungen übt der Wecker in der Regel eine
impulsartige Kraft auf das zu fügende
Anbauteil aus, indem er im Bereich des zu befestigenden Clips mit
der Faust oder der Handfläche
auf das Anbau teil schlägt.
Da viele dieser Anbauteile im schlecht von außen zugänglichen Fahrzeuginneren angebracht werden
müssen,
bedeutet dies oftmals eine Kraftanstrengung unter ergonomisch ungünstigen
Arbeitsbedingungen. Dies führt
zu einer hohen körperlichen Belastung
des betroffenen Werkers und kann weiterhin Fehlausrichtungen oder
Verkantungen des Anbauteils während
der Montage zur Folge haben, welche zu bleibenden Schäden und/oder
zu einem fehlerhaftem Einrasten der Clips führen können.
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Die Beurteilung, ob ein betreffender
Clip ordnungsgemäß in die
zugehörige
Aussparung eingerastet ist, erfolgt in der Regel „nach Gefühl" bzw. durch
Lauschen auf ein „Einrastgeräusch" und
unterliegt daher der subjektiven Einschätzung des Werkers. Die Folge
sind fehlerhaft oder unvollständig
eingerastete Clips, welche im späteren
Betrieb des Fahrzeugs störende
Klappergeräusche
oder eine mangelhafte Fügefestigkeit
des Anbauteils zur Folge haben. Diese Problematik wird verschärft durch
die Tatsache, daß sich
viele Clipverbindungen in schlecht (oder über- haupt nicht) einsehbaren Bereichen
des Fahrzeugs befinden, so daß eine
Sichtkontrolle des ordnungsgemäßen Einrasten
des Clips durch den Werker nicht möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das
oben beschriebene Verfahren zum Clip-Verbinden zweier Bauteile dahingehend
zu verbessern, daß das
Fügeergebnis
reproduzierbar und kontrollierbar verbessert werden kann. Weiterhin
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zur Durchführung dieses
Verfahrens geeignetes Montagewerkzeug bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale der Ansprüche
1 und 9 gelöst.
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Danach werden – nach einer Relativpositionierung
der beiden Bauteile derart, daß der
Clip des einen Bauteils der Aussparung auf dem anderen Bauteil gegenüberliegt – die beiden
Bauteile durch eine mittels eines Kraftgebers aufgebrachte Fügekraft
aufeinandergedrückt,
wobei vorteilhafterweise die Fügekraft
ge messen wird. Das Andrücken
des ersten Bauteils (beispielsweise des beweglich geführten Anbauteils)
gegen das zweite Bauteil (in diesem Falle das stationäre Karosserieteil)
bewirkt ein Eindringen des Clip-Grundkörpers in die Aussparung des
Karosserieteils und – im
Falle eines ordnungsgemäßen Fügeprozesses – ein Einrasten
der Clip-Rastelemente. Die Verwendung von Kraftgebern ermöglicht einerseits
hochgenau einstellbare und reproduzierbare Fügekräfte; weiterhin kann durch Verwendung
von Kraftgebern sichergestellt werden, daß die Kraftausübung reproduzierbar
an genau derselben Stelle des Anbauteils stattfindet. Das erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
somit ein teil- oder vollautomatisiertes Fügen von Clipsverbindungen,
das von subjektiven Einflüssen
(Kraftausübung
und Beurteilung des Fügeergebnisses
durch den Werker) unabhängig
ist und somit ein reproduzierbares, prozeßsicheres Verbinden der Bauteile
gewährleistet.
Dabei wird das Anbauteil auf einem Handlingsgerät oder einem Industrieroboter
gelagert, mit Hilfe dessen auch schwer zugängliche Bereiche im Inneren
der Karosserie erreicht werden können,
in denen bei Verwendung des herkömmlichen
Verfahrens die notwendige Fügekraft
vom Werker nur unter ergonomisch sehr ungünstigen Bedingungen (z.B. Überkopfarbeit)
aufgebracht werden kann.
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Umfaßt das Anbauteil mehrere Clips,
so ergibt sich bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem
manuellen Fügen
der zusätzliche
Vorteil, daß einige
bzw. alle Clips gleichzeitig (bzw. innerhalb sehr geringer Zeitintervalle)
gefügt werden
können.
Dadurch kann einerseits eine Zeitersparnis erreicht werden, andererseits
kann durch ein simultanes Andrücken
aller Clipsbereiche ein Verbiegen bzw. Verwinden des Anbauteils
während
des Fügens
erheblich reduziert bzw. gänzlich
vermieden werden; das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit
die Verwendung von Clipsverbindungen auch an spröden bzw. empfindlichen Teilen,
welche durch Verwindungen und/oder Verbiegungen beschädigt werden
könnten.
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Vorteilhafterweise wird die Fügekraft
impulsartig aufgebracht (siehe Anspruch 2); dies imitiert die beim
manuellen Fügen
der Clips aufgebrachten Kräfte,
die in der Regel aus einem Klopfen des betreffendes Bereichs mit
der Faust, mit dem Handteller oder mit einem Hammer bestehen. Die
Clips sind nämlich in
der Regel für
ein manuelles Einrasten konstruiert, so daß durch eine impulsartige Fügekraft
das beste Fügeergebnis – begleitet
von einem vergleichsweise geringen Kraftaufwand – erreicht werden kann.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, die
Fügekraft lokal
im Bereich des Clips aufzubringen. Dadurch wird der zum Fügen notwendige
Kraftaufwand minimiert (siehe Anspruch 3). Weiterhin wird durch
eine exakt lokalisierte Kraftausübung
sichergestellt, daß die
Vorschubrichtung des Clips während
des Fügens genau
parallel zu dem in die Aussparung eindringenden Ende erfolgt, so
daß eine
Verwindung des Clips, die ansonsten während der impulsartigen Kraftausübung zu
einem Bruch (oder sonstigen Schäden)
des Clips führen
kann, wirkungsvoll unterbunden wird.
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Zweckmäßigerweise wird die während des Fügens durch
den Kraftgeber aufgebrachte Fügekraft
gemessen (siehe Anspruch 4). Eine Auswertung dieser Kraftmeßdaten gestattet
eine Aussage darüber,
ob der Fügeprozeß ordnungsgemäß durchlaufen wurde;
insbesondere können
die Meßdaten
eine verläßliche und
reproduzierbare Aussage darüber
liefern, ob ein festes Einrasten der Clip-Rastelemente in der Aussparung des Karosserieteils
erreicht wurde. Auf diese Weise kann eine besonders schnelle Qualitätsüberprüfung sichergestellt
werden, da jede Clipverbindung durch die prozeßbegleitende Kraftmessung sofort
auf ihren korrekten Sitz überprüft werden kann.
Liegt in einem Bereich eine Fehlverbindung vor, so kann – bei nichterfolgtem
Einrasten – durch nochmalige
Kraftausübung
der betreffende Clip zum Einrasten gebracht werden, oder – bei Vorliegen
eines defekten Clips – die
Fügestelle
durch Ersetzen des defekten Clips durch einen funktionsfähigen Clip – bereits
während
des Montagevorgangs repariert werden. Auf diese Weise kann die Zahl
der aufgrund nicht korrekt gefügter
Clips auftretenden Reklamationen (z.B. Klappergeräusche, lose
Verkleidungsteile etc.) wirksam reduziert werden.
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Zur Beurteilung des Fügeergebnisses
ist es besonders vorteilhaft, den zeitlichen Verlauf der Fügekraft
zu messen (Anspruch 5). Dies ermöglicht eine
genaue Überprüfung des
gesamten Fügeprozesses,
aus der Rückschlüsse auf
das ordnungsgemäße Einrastendes
Clips sowie – im
Falle eines nicht ordnungsgemäßen Fügens – auf die
mögliche
Fehlerursache gezogen werden können.
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Vorteilhafterweise erfolgt nicht
nur die Messung, sondern auch die Auswertung der Fügekraft-Messung
prozeßbegleitend,
so daß eine
sofortige Rückmeldung
bezüglich
der ordnungsgemäß erfolgten
Fügeverbindung
gewährleistet
wird (siehe Anspruch 6).
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Das zum Verbinden der beiden Bauteile
zum Einsatz kommende Montagewerkzeug umfaßt einen Kraftgeber zur Ausübung der
Fügekräfte (siehe
Anspruch 9) und ist vorteilhafterweise zusätzlich mit einem Kraftaufnehmer
zur Messung der Fügekräfte versehen
(siehe Anspruch 11). Eines der Bauteile – in der Regel das Anbauteil – wird dabei
in einem beweglichen Montagewerkzeug gehalten, während das andere Bauteil – in der
Regel das Karosserieteil – stationär gehalten
wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung wird die Fügekraft
durch einen pneumatischen Aktuator aufgebracht (siehe Anspruch 10).
Der Aktuator ist zweckmäßigerweise
in einer solchen Weise auf dem (das Anbauteil haltenden) Montagewerkzeug
angeordnet, daß er
auf die Außenseite
des Anbauteils im Bereich des (auf der Anbauteil-Innenseite befestigten)
Clips wirkt. Ein solcher pneumatischer Aktuator übt – durch impulsartige Erhöhung des
Gasdrucks – eine
impulsartige Kraft auf den ihm gegenüberliegenden Bereich des Anbauteils
aus, welche dem manuellen Eindrücken
der Clips ähnelt und
einen vergleichsweise geringen Kraftaufwand erfordert.
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In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung wird das
im Montagewerkzeug fixierte erste Bauteil – beispielsweise das Anbauteil – mit Hilfe
eines durch einen Werker bewegten Handlingswerkzeugs gegenüber dem
zweiten Bauteil – in
diesem Fall dem Karosserieteil – positioniert
(siehe Anspruch 7). Das Montagewerkzeug ist mit einer Bauteilaufnahme
versehen, welche eine lagegenaue, reproduzierbare Fixierung des
Anbauteils gestattet. Weiterhin weist das Montagewerkzeug eine der
Zahl der zu fügenden
Clips entsprechende Zahl von Kraftgebern auf, die zweckmäßigerweise
an den Clips entsprechenden Positionen der Bauteilsaufnahme befestigt sind,
um eine lokale Kraftausübung
auf die Clips zu gewährleisten.
In dieser – teilautomatisierten – Realisierung
der Erfindung erfolgt das Positionieren des Anbauteils somit interaktiv
durch den Werker, während
das Eindrücken
der Clips durch Aktivierung der Kraftgeber erfolgt.
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Alternativ zur teilautomatisierten
Montage mit Hilfe eines Handlingswerkzeugs kann das Fügen von
Anbauteil und Karosseriebauteil mit Hilfe eines Industrieroboters
stattfinden, welcher eines der beiden Bauteile – in der Regel das Anbauteil – in einer diesem
Teil angepaßten,
robotergeführten
Montagewerkzeug fixiert und vollautomatisiert in einer solchen Weise
gegenüber
dem anderen Bauteil – in
der Regel dem Karosserieteil – positioniert,
daß der
auf dem Anbauteil vorgesehene (mindestens eine) Clip der (mindestens
einen) Aussparung auf dem Karosseriebauteil gegenüberliegt
(siehe Ansprüche
8 und 12). Anschließend
wird mit Hilfe des (mindestens einen, der Clipsposition entsprechend
auf dem Roboter bzw. dem Montagewerkzeug angeordneten) Kraftgebers
eine Fügekraft
auf den Clip ausgeübt, wodurch
das zulaufende Ende des Clips in die Aussparung des Karosserieteils
hineingedrückt
wird.
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Bei Verwendung eines Industrieroboters
zur vollautomatischen Positionierung des Anbauteils und Kraftausübung auf
die Clips empfiehlt es sich, auf dem Montagewerkzeug einen Positionssensor
vorzusehen, mit Hilfe dessen die Relativposition von Anbauteil und
Karosserieteil ermittelt wird (siehe Anspruch 13). Auf diese Weise
kann das Anbauteil – unabhängig von
Schwankungen in der Maßhaltigkeit bzw.
der genauen Position der zugeführten
Karosserieteile – hochgenau
gegenüber
dem Karosserieteil ausgerichtet werden. Besonders günstig ist
dabei die Verwendung eines berührungslosen
(optischen oder induktiven) Sensors (siehe Anspruch 14).
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Im folgenden wird die Erfindung anhand
eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert; dabei
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer Fahrzeugkarosserie mit anzufügendem Verkleidungsteil;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Anbauteils (Innen-Verkleidungsteil der Rückwandtür);
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3 eine
schematische Darstellung der Prozeßschritte beim Einrasten eines
Clips in eine Aussparung:
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3a:
Ausrichten der Clipspitze in der Aussparung; 3b: Eindrücken des Clips und Verformung
der Rastelemente des Clips durch die Ränder der Aussparung; 3b: Eingerasteter Clip;
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4a:
eine schematische Seitenansicht eines Montagewerkzeugs mit einem
darin aufgenommenen Anbauteil;
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4b:
eine schematische Seitenansicht des Montagewerkzeugs während dem
Anclipsen des im Montagewerkzeug gehaltenen Anbauteils an das Karosserieteil;
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5:
eine Detaildarstellung eines Kraftgebers, dessen Vorschubachse nichtparallel
zur Flächennormale
des Verkleidungsteils angeordnet ist.
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1 zeigt
eine Seitenansicht einer Fahrzeugkarosserie 1 mit einer
Rückwandtür 2' aus
Stahlblech, an deren dem Fahrzeuginnenraum 3 zugewandte
Seite 4 während
der Fahrzeug-Endmontage ein Verkleidungsteil 5' befestigt
wird. Die Befestigung erfolgt mit Hilfe einer Clipverbindung. Diese
Rückwandtür 2',
an der über
eine Clipsverbindung ein Verkleidungsteil 5' befestigt
ist, stellt ein Ausführungsbeispiel
eines Karosseriebauteils 2 dar, das über eine Clipverbindung mit
einem Anbauteil 5 verbunden ist. Das Verkleidungsteil 5',
welches in 2 in einer perspektivischen
Ansicht dargestellt ist, umfaßt
eine Platte 6 aus Kunststoff, ein im oberen Bereich der Platte 6 befestigtes
Wischermodul 7 mit Wischermotor und Spindel, eine Zusatz-Bremsleuchte 8 sowie ein
im unteren Bereich der Platte 6 befestigtes Schloß 9.
Auf seiner der Innenseite 4 der Rückwandtür 2' zugewandten Seite
10 weist die Kunststoffplatte 6 des Verkleidungsteils 5' mehrere
Schlitze 11 (z.B. Retainer) auf, in die Clips 12 eingeschoben
sind. Diese Clips 12 werden im Rahmen der Montage des Verkleidungsteils 5' in
entsprechende Aussparungen 13 in das der Karosserieinnenseite 4 zugewandte
Innenblech 14 der Rückwandtür 2' eingeführt und
dort verrastet. Dieser Einrastvorgang ist schematisch in 3a bis 3c dargestellt, die den Clip 12 und
die Aussparung 13 in einer Detaildarstellung in Schnittansicht
zeigen.
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Wie aus 3a ersichtlich ist, umfaßt der Clip 12 einen
Grundkörper 15 mit
einem flächigen Kopfteil 16,
welches in einen der Schlitze 11 des Verkleidungsteils 5' eingeschoben
ist. Die Form und Breite des Schlitzes 11 ist so dimensioniert,
daß der Clip 12 einerseits
im Schlitz 11 seitlich verschiebbar ist (Pfeil 17 in 3a) und daß der Kopfteilrand
andererseits in einer solchen Weise über den Schlitzrand überkragt,
daß der
Clip 12 nicht aus dem Schlitz 11 hinausrutschen
kann. Das dem Kopfteil 16 gegenüberliegende Ende 18 des
Clips 12 ist mit einer zulaufenden Spitze 19 versehen.
Weiterhin weist der Clip 12 mehrere (im vorliegenden Fall
vier) Rastelemente 20 auf, welche auf dem Umfang des Grundkörpers 15 angeordnet
sind. Der Clip 12 besteht aus einem elastischen Werkstoff,
so daß die
Rastelemen te 20 durch eine seitliche Kraftausübung (wie
durch die Pfeile 21 in 3a angedeutet)
in Richtung Clipachse 22 hin verbogen werden können und
beim Nachlassen dieser Kraft selbsttätig in ihre Ausgangslage zurückfedern.
Die Clips 12 sind typischerweise Spritzgußteile aus
einem elastischen Kunststoff; sie können auch aus einem metallischen
Werkstoff bestehen und sind dann – insbesondere, wenn sie zum Verbinden
metallischer Bauteile 2, 5 verwendet werden – mit einer
Beschichtung versehen, um Kontaktkorrosion im Berührungsbereich
zwischen Clip 12 und Bauteil 2, 5 zu
vermeiden.
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Zum Fügen des Anbauteils 5 mit
dem Karosserieteil 2 werden zunächst die Clips 12 in
die Schlitze 11 des Anbauteils 5 hineingeschoben.
Dann wird das Anbauteil 5 so gegenüber dem Karosserieteil 2 positioniert,
daß jeder
Clip 12 gegenüber
der ihm entsprechenden Aussparung 13 des Karosserieteils 2 zu
liegen kommt (siehe 3a).
Anschließend
wird das Anbauteil 5 auf das Karosserieteil 2 zu
bewegt (Bewegungsrichtung 23 in 3a), wobei die zulaufende Spitze 19 des
Clips 12 in die Aussparung 13 eindringt. Aufgrund
der konischen Gestalt der Spitze 19 wird der im Schlitz 11 verschieblich
gelagerte Clip 12 dabei in die Aussparung 13 hineingeführt, so
daß kleine
Ungenauigkeiten in der Lage des Anbauteils 5 gegenüber dem
Karosserieteil 2 ausgeglichen werden. Wird das Anbauteil 5 weiter
in Richtung Karosserieteil 2 gedrückt, so kommen die Rastelemente 20 in
Kontakt mit den Rändern 24 der
Aussparung 13 und werden durch diese in Richtung der Clipachse 22 verformt
(siehe 3b). Sobald beim
weiteren Eindrücken
der Clips 12 die Nasen 25 der Rastelemente 20 die
Ränder 24 der
Aussparung 13 passiert haben, schnappen die Rastelemente 20 elastisch
in ihre Ausgangslage zurück,
hintergreifen dann die Ränder 24 der
Aussparung 13 und ziehen dabei den Clip 12 so
weit in die Aussparung 13 hinein, bis ein zwischen Rastelementen 20 und
Kopfteil 16 vorgesehener Federteller 26 flächig auf
der dem Anbauteil 5 gegenüberliegenden Seite 4 des Karosserieteils 2 aufliegt. Rastelemente 20 und
Federteller 26 wirken dabei in einer solchen Weise zusammen,
daß der
Clip 12 gegenüber
dem Karosserieteil 2 verspannt wird und einen festen Sitz
in der Aussparung 13 des Karosserieteils 2 hat.
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Zum Einclipsen des Verkleidungsteils 5' an der
Rückwandtür 2' muß das Verkleidungsteil 5' von unten
an der geöffneten,
näherungsweise
waagrecht abstehenden Rückwandtür 2' positioniert
und anschließend
gegen die Rückwandtür 2' gedrückt werden
(siehe 1). Dies erfordert – im Falle
der manuellen Montage – eine Überkopfmontage,
welche impulsartige Kraftbeaufschlagungen in Vertikalrichtung umfaßt und daher
ergonomisch sehr ungünstig ist.
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Erfindungsgemäß wird für diese Montage des Verkleidungsteils 5' an
die Rückwandtür 2' ein Montagewerkzeug 27 eingesetzt,
das in 4a in einer schematischen
Schnittdarstellung gezeigt ist. Dieses Montagewerkzeug 27 umfaßt einen
Rahmen 28, der an einem Arm eines (beispielsweise sechsachsigen)
Industrieroboters 29 befestigt ist und durch diesen bewegt
wird. Der Rahmen 28 umfaßt mehrere Unterdruck-Saugnäpfe 31,
mit Hilfe derer das Verkleidungsteil 5' in einer definierten
Position im Rahmen 28 gehalten wird. Weiterhin sind auf
dem Rahmen 28 mehrere Kraftgeber 32 vorgesehen,
die so angeordnet sind, daß je
ein Kraftgeber 32 einem Fügebereich 33 auf dem
Verkleidungsteil 5' zugeordnet ist, im Bereich dessen sich
ein Clip 12 befindet. Die Kraftgeber 32 wirken
auf die der Innenseite 10 abgewandte Sichtseite 39 des
Verkleidungsteils 5', so daß durch Betätigung der Kraftgeber 32 eine
Kräft in
Vorschubrichtung 23 der Clips 12 ausgeübt werden kann.
Die Kraftgeber 32 sind vorzugsweise in einer solchen Weise
auf dem Montagewerkzeug 27 angeordnet, daß ihre Vorschubrichtung 23 – wie in 4a gezeigt – näherungsweise
parallel zur Flächennormale
der Sichtseite 39 des Verkleidungsteils 5' liegt. Ist
der Clip 12 (aufgrund geometrischer Vorgaben) nichtparallel
zur Flächennormale
der Sichtseite 39 des Verkleidungsteils 5' ausgerichtet,
so empfiehlt es sich – wie
in der Detaildarstellung der 5 gezeigt – den Kraftgeber 23 in
einer solchen Weise auf dem Montagewerkzeug 27 anzuordnen,
daß die
Vorschubrichtung 23 des Kraftgebers 32 kolli near
zur Clipachse 22 ausgerichtet ist; gleichzeitig wird die Stirnseite 38 des
Kraftgeberkolbens 37 mit einem Anstellwinkel 50 versehen,
der ein flächiges
Auftreffen des Kolbens 37 auf der Sichtseite 39 des
Verkleidungsteils 5' sicherstellt.
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Im vorliegenden Beispiel sind die
Kraftgeber 32 als pneumatische Aktuatoren 34 ausgebildet:
Jeder Aktuator 34 umfaßt
eine Kolben-Zylinder-Anordnung und ist über ein Steuerventil 35 an
eine Druckluftversorgung 36 angebunden; durch Betätigung des Ventils 35 kann
der Aktuator 34 impulsförmig
mit Druckluft beaufschlagt werden, wodurch der Kolben 37 des
Aktuators 34 impulsartig in Richtung des Verkleidungsteils 5' getrieben
wird (Pfeil 23 in 4a) und
beim Auftreffen auf das Verkleidungsteil 5' eine impulsartige
Kraft im Fügebereich 33 ausübt. Diese impulsartige
Kraft treibt den Clip in die ihm gegenüberliegende Aussparung 13 des
Karosserieteils 2 hinein und bewirkt – wie in 3a bis 3c dargestellt – ein Verrasten
des Clips 12 in dieser Aussparung 13. Um dabei
eine Beschädigung
der dem Kolben 37 gegenüberliegenden
Außenfläche 39 des
Verkleidungsteils 5' zu vermeiden, kann die Stirnseite 38 des
Kolbens 37 mit einem weichen Werkstoff beschichtet sein.
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Jeder Kraftgeber 32 ist
mit einem Kraftaufnehmer 40 versehen, mit Hilfe dessen
die während der
impulsartigen Kraftausübung
wirkende Fügekraft gemessen
wird. Der Kraftaufnehmer 40 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
auf dem Kolben 37 des Aktuators 34 angeordnet
und mißt
somit unmittelbar die seitens des Kolbens 37 auf das Verkleidungsteil 5' ausgeübten Kräfte. Wird
der Aktuator 34 mit Druck beaufschlagt, so wird die Stirnseite
des Kolbens 37 gegen das Verkleidungsteil 5' gedrückt, wobei
die dabei auftretende Druckkraft durch den Kraftaufnehmer 40 gemessen
wird. Das Ausgangssignal des Kraftaufnehmers 40 wird (wie
in 4a gestrichelt angedeutet) über einen
Meßverstärker einer
Auswerteeinheit 48 zugeleitet, in der die aufgenommenen
Meßwerte
weiterverarbeitet werden.
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Zur Montage des Verkleidungsteils 5' an
der Rückwandtür 2' wird
das Verkleidungsteil 5' zunächst mit Hilfe des an den Roboterarm 29 angeflanschten Montagewerkzeugs 27 aufgenommen
(siehe 4a). Hierzu wird
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
das Verkleidungsteil 5' mit Hilfe des Montagewerkzeugs 27 von
einem Warenträger 49 abgehoben,
auf dem das Verkleidungsteil 5' dem Roboter 29 in
einer wohldefinierten Lage und Ausrichtung dargeboten wird. Um das
Verkleidungsteil 5' in einer reproduzierbaren Weise vom
Warenträger 49 aufnehmen zu
können,
ist das Montagewerkzeug 27 schwimmend auf dem Roboterarm 29 gelagert;
dies ist in 4a durch
die Federn 42 angedeutet. Zur Aufnahme des Verkleidungsteils 5' wird
das Montagewerkzeug 27 durch den Roboter 29 zunächst von
oben an das Verkleidungsteil 5' herangeführt und
dann in definierter Weise seitlich verschoben. Dabei folgt das Montagewerkzeug 27 zunächst der
Verschiebebewegung des Roboters 29, bis ein (in 4a schematisch dargestellter)
Anschlag 30 des Montagewerkzeugs 27 in Berührungskontakt
mit dem Rand 46 des Verkleidungsteils 5' kommt
und das Montagewerkzeug 27 – aufgrund seiner schwimmenden
Lagerung auf dem Roboter 29 – nun in dieser Lage gegenüber dem
Verkleidungsteil 5' verbleibt. Dann wird das Verkleidungsteil 5' durch
Aktivierung der Saugnäpfe 31 in
dieser Stellung gegenüber
dem Rahmen 28 des Montagewerkzeugs 27 fixiert.
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Somit kann das Verkleidungsteil 5' – unabhängig von
der genauen Ausrichtung des Stapels 49 – über den Anschlag 30 in
einer reproduzierbaren Weise im Montagewerkzeug 27 aufgenommen
werden. Im Regelfall sind mehrere Anschläge 30 notwendig, welche
in unterschiedlichen Bereichen und Richtungen mit dem Verkleidungsteil 5' zusammenwirken,
um eine reproduzierbare Aufnahme des Verkleidungsteil 5' im
Montagewerkzeug 27 erreichen zu können.
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Alternativ zu der mechanischen Ausrichtung des
Montagewerkzeugs 27 über
Anschläge 30 kann das
Montagewerkzeug 27 auch berührungsfrei gegenüber dem
aufzunehmenden Verkleidungsteil 5' positioniert werden.
Hierzu ist das Montagewerkzeug 27 mit einem (in 4a nicht dargestellten,
beispielsweise optisch arbei tenden) Positionssensor versehen, aus
dessen Meßwerten
die Lage und Ausrichtung des Verkleidungsteils 5' gegenüber dem
Montagewerkzeug 27 und die Abweichungen der momentanen
Position von der Sollposition ermittelt wird. Diese Abweichungen
gegenüber
der Soll-Lage und -Ausrichtung des Verkleidungsteils 5' gegenüber dem
Montagewerkzeug 27 fließen in einen Regelkreislauf
für den
Roboter ein, so daß das
Montagewerkzeugs 27 durch den Roboter 29 iterativ
gegenüber
dem Verkleidungsteil 5' verschoben wird, bis das Verkleidungsteil 5' in
der gewünschten
Ausrichtung aufgenommen werden kann.
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Ist das Verkleidungsteil 5' in
der gewünschten
Lage und Ausrichtung im Montagewerkzeug 27 fixiert, so
wird das Montagewerkzeug 27 mitsamt dem Verkleidungsteil 5' durch
den Roboter 29 zur geöffneten
Rückwandtür 2' der
Karosserie 1 hin verschoben. Das Montagewerkzeug 27 wird
dabei in eine solche Lage geschwenkt, daß das Verkleidungsteil 5' der
Innenseite 4 der Rückwandtür 2' gegenüberliegt
und die Spitzen 19 der Clips 12 durch eine Vorschubbewegung
des im Montagewerkzeug 27 gehaltenen Verkleidungsteils 5' in
die Aussparungen 13 der Rückwandtür 2' eingeführt werden
können
(siehe 4b). Sind Rückwandtür 2' und
Verkleidungsteil 5' mit geringen Toleranzen behaftet, so
kann diese hochgenaue Ausrichtung des Verkleidungsteils 5' gegenüber der
Rückwandtür 2' mit
Hilfe einer fest einprogrammierten CNC-Bahn des Roboters 29 erreicht werden.
Andernfalls ist anschließend
an die Verfahr- und Schwenkbewegung eine weitere Justierung des das
Verkleidungsteil 5' tragenden Montagewerkzeugs 27 gegenüber der
Rückwandtür 2' notwendig. Hierzu
ist das Montagewerkzeug 27 im vorliegenden Ausführungsbeispiel
mit mehreren (in der Regel mindestens zwei) ausfahrbaren, konisch
geformten Fixierbolzen 43 versehen, deren Spitzen bei Annäherung an
die Rückwandtür 2' in
kreisförmige
Fixierlöcher 44 auf
der Rückwandtür 2' einrasten.
Die Fixierbolzen 43 und die Fixierlöcher 44 sind so dimensioniert,
daß beim
Abfahren der fest einprogrammierten CNC-Bahnbewegung des Roboters 29 die
Spitzen der Fixierbolzen 43 – auch bei den größten auftretenden
maßlichen
Ungenauigkeiten bzw. Positionierungenauigkeiten der Karosserie
1 bzw.
der Rückwandtür 2' – immer
prozeßsicher
in den Fixierlöchern 44 auftreffen.
Aufgrund der schwimmenden Lagerung 42 des Montagewerkzeugs 27 auf
dem Roboterarm 29 folgt das Montagewerkzeugs 27 beim
Vorschub in Richtung Rückwandtür 2' der
Führung
durch die Fixierlöcher 4 4: Dabei dringen die konischen Fixierbolzen 43 nämlich immer
tiefer in die Fixierlöcher 44 ein und
richten dabei das schwimmend gelagerte Montagewerkzeug 27 gegenüber der
Rückwandtür 2' aus.
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Alternativ zur Ausrichtung des Montagewerkzeugs 27 mit
Hilfe von Fixierbolzen 43 kann das Montagewerkzeug 27 auch
durch (in 4b nicht gezeigte)
Anschläge
positioniert werden, welche das Montagewerkzeug 27 z.B.
gegenüber
der Innenseite 4 bzw. den Rändern der Rückwandtür 2' ausrichten. Weiterhin
kann die Positionierung des Montagewerkzeugs 27 gegenüber Rückwandtür 2' anstelle
des taktilen Andockens auch mittels eines berührungslos arbeitenden, insbesondere
optischen, Sensors 41 erfolgen, mit Hilfe dessen die Position
der Rückwandtür 2' relativ
zum Montagewerkzeug 27 ermittelt wird; dieser Sensor ist
in 4b gestrichelt angedeutet. Unter
Benutzung der Meßwerte
dieses Sensors 41 wird das Montagewerkzeug 27 geregelt
in eine solche Ausrichtung gebracht, daß die Clips 12 des
Verkleidungsteils 5' den Aussparungen 13 der Rückwandtür 2' gegenüberliegen.
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Nebenbei bemerkt ist es nicht unbedingt
notwendig, daß die
Spitzen 19 der Clips 12 hochgenau zu den Mittellagen
der Aussparungen 13 ausgerichtet sind. Wie in 3a bis 3c dargestellt, reicht es vielmehr aus,
wenn die Spitzen 18 der Clips 12 in die Aussparungen 13 eindringen,
da die Clips 12 – wie oben
beschrieben – mit
Spiel in den Schlitzen 11 des Verkleidungsteils 5' gehalten
werden, so daß die Clips 12 kleine
Verschiebungen durchführen
können und
beim Eindringen in die zugehörige
Aussparung 13 hochgenau ausgerichtet werden.
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Ist das Verkleidungsteil 5' in
der richtigen Ausrichtung gegenüber
der Rückwandtür 2' positioniert,
so werden (gleichzeitig oder nacheinander) die Kraftgeber 32 aktiviert,
die dann einen impulsartigen Druck auf die ihnen gegenüberliegenden
Fügebereiche 33 ausüben und
dadurch die Clips 12 in die ihnen gegenüberliegenden Aussparungen 13 der
Rückwandtür 2' hineintreiben.
Die Betätigung
der Steuerventile 35, über
die den Aktuatoren 34 die Druckluft zugeführt wird,
erfolgt mit Hilfe einer Steuereinheit 47, welche an die
Steuereinheit des Roboters 29 gekoppelt sein kann, um einen
vollautomatischen Prozeßablauf
zu ermöglichen.
Während
des Eindrückens
der Clips 12 wird die Rückwandtür 2' mit
Hilfe eines externen Fixierrahmens 45 lagegesichert, um den
Stoß der
Kraftgeber 32 aufzufangen und ein Zurückweichen der Rückwandtür 2' als
Ganzes zu verhindern.
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Die durch die pneumatischen Aktuatoren 34 bewirkte
impulsartige Kraftausübung ähnelt dem
impulsartigen Druck, mit dem im Falle der manuellen Montage ein
Werker das mit Clips 12 versehene Anbauteil 5 gegenüber dem
Karosserieteil 2 fixiert. Durch eine möglichst kurzzeitige, impulsartige
Kraftausübung
kann die zum Einrasten des Clips 12 in das Karosserieteil 2 notwendige
Kraft minimiert werden. Dadurch sind – gegenüber einer konstanten Kraftausübung – die auf
den Roboter 29 und den Fixierrahmen 45 wirkenden
Kräfte
und Gegenkräfte
stark reduziert. Alternativ zu einem pneumatischen Aktuator 34 kann
der Kraftgeber 32 auch hydraulisch betrieben werden; in
diesem Fall wird der Kolben 37 mit Hilfe eines druckbeaufschlagten
Fluids gegen den Fügebereich 33 des
Verkleidungsteils 5' gepreßt. Weiterhin kann der Kraftgeber 32 auch
mechanisch – insbesondere
mit Hilfe einer vorgespannten mechanischen Feder – betrieben
werden.
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Prozeßbegleitend zum Fügen jedes
Clips 12 wird unter Verwendung der auf den Kraftgebern 32 angeordneten
Kraftaufnehmern 40 der zeitliche Verlauf der Kräfte gemessen,
die während
des Eindrücken
des Clips 12 auf den Kolben 37 des Aktuators 34 wirken.
Dieser zeitliche Kraftverlauf wird prozeßbegleitend mit Hilfe der Auswerteeinheit 48 ausgewertet,
um eine schnelle Rückmeldung
darüber
zu erhalten, ob der betreffende Clip 12 ordnungsgemäß in die
Aussparung 13 eingeführt
und mit ihr verrastet wurde. Hierzu werden die gemessenen Kraftverläufe unter
Verwen dung von Filterfunktionen auf vorgegebene Charakteristika
untersucht; so ist beispielsweise ein schneller Kraftanstieg (aufgrund
des Verformens der Rastelemente 20 durch die Ränder 24 der Aussparungen 13),
gefOlgt von einem schnelle Kraftabfall (aufgrund der Entspannung
der Rastelement-Nasen 25 nach Passieren der Aussparungen 13)
ein Indiz für
ein ordnungsgemäßes Rückschnappen
der Rastelemente 20 beim Eindrücken des Clips 12.
Die Messung der Kraftverläufe – gemeinsam
mit einer automatischen prozeßbegleitenden
Auswertung – gestatten
somit eine schnelle Beurteilung jedes einzelnen eingedrückten Clips
als „gutes
Fügeergebnis"
bzw. als „schlechtes
Fügeergebnis".
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Neben dem oben beschriebenen vollautomatischen
Fügen der
Clips mit Hilfe eines robotergeführten
Montagewerkzeugs 27 kann das Montagewerkzeug 27 auch
auf einem werkergeführten
Handlingsgerät
montiert sein. In diesem Fall wird das Verkleidungsteil 5' zunächst werkergesteuert
in das Montagewerkzeug 27 aufgenommen, indem ein Werker
das Verkleidungsteil 5' beispielsweise manuell in der gewünschten
Ausrichtung in das Montagewerkzeug 27 einlegt und fixiert.
Anschließend
wird das auf dem Handlingsgerät
befestigte Montagewerkzeug 27 mit dem Verkleidungsteil 5' von
dem Werker manuell in der gewünschten
Lage gegenüber
der Rückwandtür 2' ausgerichtet,
wobei zur lagegenauen Positionierung – analog zur vollautomatischen
Montage – die
Fixierbolzen 43 und Fixierlöcher 44 verwendet werden
können.
Ist das Montagewerkzeug 27 ordnungsgemäß positioniert, so werden seitens
des Werkers manuell die Kraftgeber 32 ausgelöst, welche durch
Ausübung
einer Druckkraft die Clipse 12 in die Aussparungen 13 drücken. Die
Aktivierung der Kraftgeber 32 kann entweder einzeln nacheinander
oder zeitlich gemeinsam erfolgen. Um den dabei auf das Montagewerkzeug 27 wirkenden
Rückstoß aufzufangen,
ist es zweckmäßig, das
Montagewerkzeug 27 – beispielsweise über Spannhaken – an die
Rückwandtür 2' oder
an einen die Rückwandtür 2' stützenden
Fixierrahmen 45 zu koppeln. Weiterhin kann auch in diesem
Fall durch prozeßbegleitende
Messung der durch die Kraftgeber 32 aufgebrachten Kräfte eine
sofortige Rückmeldung über das
Fügeergebnis
erhalten werden.
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Die bisherige Beschreibung konzentriert
sich auf das Fügen
einer Rückwandtür-Innenverkleidung 5' mit
der Rückwandtür 2'.
Jedoch ist die Erfindung gleichermaßen auf das Verbinden beliebiger
Bauteile 2,5 mit Hilfe von Clipsverbindungen übertragbar.